[发明专利]一类用于全固态量子点敏化太阳能电池的杂环修饰的聚三苯胺有机空穴传输材料

说明书

【技术领域】：本发明专利属于太阳能电池技术领域，尤其是涉及一类杂环修饰的聚三苯胺有机空穴传输材料在全固态量子点敏化太阳能电池中的应用。 

【背景技术】：电解质的性能对量子点敏化太阳能电池的效率有着至关重要的影响。目前使用效果最好的电解质是以水为溶剂的多硫电解质。然而，这种以水做溶剂的电解质不可避免的会存在挥发泄露的问题，严重影响了电池的稳定性，很难满足实际应用的需要。采用有机空穴传输材料代替液态电解质可以组装成全固态量子点敏化太阳能电池，能解决液态电解质的挥发泄露问题。目前报道的有机空穴传输材料只有spiro-OMeDAT一种，也是从染料敏化太阳能电池中转借而来，并不能很好的满足量子点敏化太阳能电池的需要，因此效率非常低(远远小于1％)，高效的有机空穴传输材料电解质还没有被研制出来。 

用于量子点敏化太阳能电池的有机空穴传输材料应当具有：(1)较高的空穴迁移率；(2)有机空穴传输材料和多孔的二氧化钛膜之间的接触要好；(3)用于量子点敏化太阳能电池的有机空穴传输材料，要求其最高占据轨道(HOMO)的能级要高于量子点的价带，以保证空穴有效的从量子点注入到空穴传输材料中。三苯胺作为p-型半导体，具有较高的空穴迁移率，将三苯胺聚合，做成聚三苯胺，可以进一步提高空穴的迁移率；同时，选择适中的聚合度，可以保证空穴传输材料和多孔的二氧化钛膜之间良好的接触，是很有潜力的一类有机空穴传输材料。 

聚三苯胺的HOMO能级约为-5.5eV，低于或接近常见量子点材料的价带能级，因此需要通过在聚三苯胺上引入特定的基团来提高聚三苯胺的HOMO能级，使其大于量子点材料的价带能级，以便使空穴可以有效的从量子点的价带注入有机空穴传输材料的HOMO能级中。 

基于以上考虑，本专利根据有机共轭体系的能级调节原理设计合成了一系列聚三苯胺的衍生物，并将其用在量子点敏化太阳能电池中。制备的全固态的量子 点敏化太阳能电池，取得了良好的效果。对已公布的专利和文献进行检索，未发现相关内容，本发明专利具有明显的实用性、新颖性和创新性。 

【发明内容】：本发明利用有机共轭体系的能级调节原理设计合成了一系列聚三苯胺的衍生物，并将其用在量子点敏化太阳能电池中，取得了良好的效果。该发明的新意在于所制备的一系列聚三苯胺衍生物是第一次作为有机空穴传输材料应用在全固态量子点敏化太阳能电池中的，而且和现有的结果相比也具有先进性。需要指出的是，尽管在合成过程中利用了有机共轭体系的能级调节原理对分子设计进行指导，但是由于这种原理是半经验的，因此，具体选择哪种取代基来对聚三苯胺进行修饰，是需要付出创造性的思考和实验筛选才能确定，这是本专利的另一新意所在。 

【本发明的技术方案】： 

所述一类用于全固态量子点敏化太阳能电池的杂环修饰的聚三苯胺有机空穴传输材料的合成方案如下： 

1)杂环修饰的聚三苯胺有机空穴传输材料(3)制备过程 

将a号位溴代的聚三苯胺(1)和2-三正丁基锡基呋喃(2)(或2-三正丁基锡基噻吩或2-三正丁基锡基硒吩或2-三正丁基锡基吡咯)以及Pd(PPh₃)₂Cl₂溶解在干燥的四氢呋喃中。其中，a号位溴代的聚三苯胺(1)和2-三正丁基锡基呋喃(2)(或2-三正丁基锡基噻吩或2-三正丁基锡基硒吩或2-三正丁基锡基吡咯)的摩尔比为1∶n，n为聚合度，Pd(PPh₃)₂Cl₂为该反应的催化剂。将上述的混合物加热回流得到产物(3)，通过硅胶柱淋洗对产物进行纯化。 

2)杂环衍生物修饰的聚三苯胺有机空穴传输材料(5)制备过程 

呋喃、噻吩、硒吩、吡咯衍生物修饰的聚三苯胺有机空穴传输材料(5)制备过程和过程1)相似，其中2-三正丁基锡基呋喃(或2-三正丁基锡基噻吩或2-三正丁基锡基硒吩或2-三正丁基锡基吡咯)的5号位带有脂肪烃取代基R，所述的取代基R为碳原子数小于8的脂肪烃通过碳原子或氧原子连接在呋喃、噻吩、硒吩、吡咯环的5号位上。反应物1和4的摩尔比为1∶n，n为聚合度，得到产 物5。 

所述的全固态量子点敏化太阳能电池的组装过程如下：